Dlaczego nie można używać tylko jednego zwinięcia jako pierwotnego i wtórnego w transformatorze

Podstawowy powód, dla którego jedno cewko nie może być używane jako zarówno pierwotne, jak i wtórne cewko transformatora, leży w podstawowych zasadach działania transformatora i wymaganiach indukcji elektromagnetycznej. Oto szczegółowe wyjaśnienie:

1. Zasada indukcji elektromagnetycznej

Transformatory działają na podstawie prawa Faradaya indukcji elektromagnetycznej, które mówi, że zmieniający się strumień magnetyczny przez zamkniętą pętlę indukuje siłę elektromotoryczną (EMF) w tej pętli. Transformatory wykorzystują tę zasadę, używając prądu przemiennego w cewce pierwotnej do tworzenia zmieniającego się pola magnetycznego. To zmieniające się pole magnetyczne następnie indukuje EMF w cewce wtórnej, osiągając tym samym transformację napięcia.

2. Potrzeba dwóch niezależnych cewek

Cewka pierwotna: Cewka pierwotna jest podłączona do źródła zasilania i przepuszcza prąd przemienny, który tworzy zmieniające się pole magnetyczne.

Cewka wtórna: Cewka wtórna jest umieszczona na tym samym rdzeniu, ale jest izolowana od cewki pierwotnej. Zmieniające się pole magnetyczne przechodzi przez cewkę wtórną, indukując EMF zgodnie z prawem Faradaya, co generuje prąd.

3. Problemy z jedną cewką

Jeśli jedna cewka jest używana zarówno jako pierwotna, jak i wtórna, pojawiają się następujące problemy:

Samowzbudzenie: W jednej cewce prąd przemienny tworzy zmieniające się pole magnetyczne, które z kolei indukuje samowzbudzoną EMF w tej samej cewce. Samowzbudzona EMF przeciwdziała zmianom prądu, efektywnie tłumacząc zmiany prądu i uniemożliwiając skuteczne przekazywanie energii.

Brak izolacji: Jedną z ważnych funkcji transformatora jest zapewnienie izolacji elektrycznej, oddzielając obwód pierwotny od obwodu wtórnego. Jeśli istnieje tylko jedna cewka, nie ma izolacji elektrycznej między obwodem pierwotnym a wtórnym, co jest nieakceptowalne w wielu zastosowaniach, zwłaszcza tych dotyczących bezpieczeństwa i różnych poziomów napięcia.

Nie można osiągnąć transformacji napięcia: Transformatory osiągają transformację napięcia poprzez zmianę stosunku liczby zwojów między cewką pierwotną a wtórną. Z jedną cewką nie można zmienić stosunku liczby zwojów, aby osiągnąć podnoszenie lub obniżanie napięcia.

4. Praktyczne problemy

Stosunek prądu i napięcia: Stosunek liczby zwojów między cewką pierwotną a wtórną transformatora określa relację między napięciami i prądami. Na przykład, jeśli cewka pierwotna ma 100 zwojów, a cewka wtórna ma 50 zwojów, napięcie wtórne będzie połową napięcia pierwotnego, a prąd wtórny będzie dwukrotnie większy niż prąd pierwotny. Z jedną cewką ta relacja nie może być osiągnięta.

Wpływ obciążenia: W praktycznych zastosowaniach cewka wtórna transformatora jest podłączona do obciążenia. Jeśli istnieje tylko jedna cewka, zmiany w obciążeniu bezpośrednio wpłyną na obwód pierwotny, prowadząc do niestabilności systemu.

5. Specjalne przypadki

Choć transformatory zwykle wymagają dwóch niezależnych cewek, są specjalne przypadki, w których można użyć autotransformatora. Autotransformator używa jednej cewki z wycinkami, aby osiągnąć transformację napięcia. Jednak autotransformator nie zapewnia izolacji elektrycznej i jest używany w specyficznych zastosowaniach, gdzie oszczędność kosztów i rozmiaru jest ważna.

Podsumowanie

Transformatory potrzebują dwóch niezależnych cewek, aby osiągnąć skuteczne przekazywanie energii, izolację elektryczną i transformację napięcia. Jedna cewka nie spełnia tych podstawowych wymagań, dlatego nie może być używana jako zarówno pierwotna, jak i wtórna cewka transformatora.